Типи морських хвиль

Орбітальний рух частинок рідини у водній товщі є головною характерною особливістю хвилювання. Процес хвилювання охоплює всю поверхневу товщу Світового океану, а морські хвилі, відповідно, поділяють на хвилі глибокого моря і хвилі мілководдя.
В ідеальному випадку хвилі глибокого моря характеризуються тим, що частинки води у них здійснюють коливання по коловій орбіті, площина якої орієнтована по вертикалі до поверхні рівня спокійного моря (див. рис. 2.1, б). Рух частинок води спрямований у верхній частині за напрямом хвилі, а в нижній – проти, тобто при проходженні гребеня частинки переміщуються за напрямом поширення хвилі, а при проходженні улоговини – рухаються в протилежному напрямі. Отже, протягом періоду хвилювання відбувається зміна напряму руху хвилі та його відновлення, що й слугує головною відмінністю між коливальним і поступальним рухами. У цьому випадку хвильовим коливанням охоплений весь шар води певної потужності, проте орбіти з глибиною зменшуються. Оскільки частинки рухаються по колу, то їхні фазові швидкості у межах одного горизонту залишаються сталими, проте з віддаленням від водної поверхні вони загасають. Зменшення розмірів орбіт з глибиною O.K. Леонтьев, Л.Г. Никифоров, Г.О. Саф’янов (1975) описують формулою:

Формула

де z – глибина від поверхні моря; h0, ?0 – висота і довжина хвилі глибокого моря; h – висота хвилі на глибині z.

Отже, зі збільшенням глибини в арифметичній прогресії розміри орбіт і, відповідно, фазові (орбітальні) швидкості зменшуються в геометричній прогресії. Наприклад, якщо висота хвилі становить 15 м, а довжина 150 м на поверхні, то вже на глибині 50 м діаметр орбіти хвилі становить лише 2 м, на глибині 100 м – тільки 0,25 м, а на глибині 150 м – лише якихось 0,032 м. Вважають, що глибина, на якій хвилювання практично загасає, приблизно дорівнює половині довжини хвилі на поверхні.

За характером переміщення частинок води, що беруть участь у хвильовому русі, Г.О. Саф’янова (1996) вирізняє такі типи хвиль мілководдя: прогресивні, поступальні (хвилі переміщення) і стоячі. Прогресивні хвилі відзначаються видимим рухом переміщення форми хвилі зі збереженням коливального руху частинок навколо деяких центрів. У хвилях переміщення, або поступальних, частинки рідини, окрім коливального руху, зазнають також поступального переміщення у напрямі поширення хвиль, що досягається розмиканням орбіт. У стоячих хвилях частинки рідини коливаються по розімкнутих орбітах параболічного вигляду без горизонтального переміщення форми хвилі.
У хвилях глибокого моря орбіти частинок води замкнуті і мають вигляд кола. Проте, внаслідок впливу морського дна, зі зменшенням глибини моря орбіти стають асиметричними (еліпсоподібними). У межах мілководдя, якщо глибина водойми менша від половини довжини хвилі, хвилі глибокого моря трансформуються у хвилі мілководдя. За М.Є. Кондратьєвим, вони набувають «короваєподібної» форми (рис. 2.2). Біля дна вертикальні осі еліпсів досягають критичної межі (тобто дорівнюють нулю), їхні орбіти розмикаються, а частинки води біля дна здійснюють прямолінійні коливальні рухи паралельно поверхні дна. Асиметрія орбіт відображається і на профілі хвилі: він стає також асиметричним, передній схил хвилі робиться крутішим, а задній все більше виположується. З наближенням до берега розімкнутість орбіт посилюється, завдяки чому зростає перенесення води у напрямі поширення хвиль. Прогресивні хвилі поступово трансформуються у хвилі переміщення (рис. 2.3).

Рис. 2.2. Орбіти частинок, що беруть участь в умовах мілководдя, за даними лабораторних досліджень (за М.Є. Кондратьєвим)

Рис. 2.3. Перетворення коливальної хвилі мілководдя у хвилю переміщення (за О. К. Леонтьєвим)